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教科版 (2019)选择性必修 第二册3 传感器的应用举例导学案
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这是一份教科版 (2019)选择性必修 第二册3 传感器的应用举例导学案，共24页。
知识点一 传感器的应用举例
1．温度传感器的应用——电熨斗
(1)工作特点：金属底板温度达到设定温度后不再升温，当底板温度降低到一定温度时又会继续加热，即底板总能保持在一定温度范围内。
(2)传感器内主要部件：热双金属片温度传感器、永磁铁和弹簧。
(3)温度调节：通过旋转测温旋钮的升降螺丝。
2．温度传感器的应用——电饭锅
(1)工作特点：煮饭时按下手动开关后自行完成烹煮过程。
(2)传感器内主要部件：感温铁氧体、永磁铁和弹簧。
(3)温度控制：感温铁氧体在温度达到103℃(居里点)时失去磁性，加热开关断开。
3．光传感器的应用——火灾报警器
(1)工作特点：当密闭空间出现火灾时报警。
(2)传感器分类：遮光型和散射型光传感器。
(3)工作原理：照射到受光元件上的光强发生变化时，破坏电路的正常状态而报警。
1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当调温旋钮下调时，电熨斗底板的温度较高。(√)
(2)电饭锅自动煮饭时煮的是稀饭。(×)
(3)火灾报警器的原理是发生火灾时环境的温度升高而触发报警。(×)
知识点二 自制简单的控制电器
1．光控LED灯：有光照的情况下，光敏电阻的阻值为几欧到几十欧，基极与发射极间电压小，发光二极管不能导通；无光照时光敏电阻阻值很大，基极与发射极间电压大，发光二极管导通。
2．温度报警器：接通电源后，常温下蜂鸣器不发声，当温度到达某一值时热敏电阻的阻值减小到某一值，可使蜂鸣器发出报警声。
2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当路灯自动控制电路做好后，不能随意调整路灯点亮、熄灭的起控点。(×)
(2)路灯自动控制电路中的敏感元件是光敏电阻。(√)
如图所示，在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上、下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小也相等。当给金属梁施加竖直向下的力时，应变片的阻值如何变化？
提示：当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小。
考点1 传感器的应用实例
1．温度传感器的应用——电熨斗
电熨斗的内部装有双金属片温度传感器，如图所示：
常温下，上下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。
2．温度传感器的应用——电饭锅
(1)结构：如图所示，它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。
(2)工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温铁氧体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，开始工作，电饭锅内温度升高，当达到103℃时，感温铁氧体与永磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作。
3．光传感器的应用——火灾报警器
(1)遮光型光电式烟雾报警器(图b)的发光元件和受光元件是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照射到受光元件上，将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出警报。发生火灾时，烟雾通过罩孔进入检测室，光被烟雾粒子反射或散射，照射到受光元件上的光强明显减弱，破坏了电路的正常状态，由此发出报警信号。
(2)散射型光电式烟雾报警器(图c)中，发光元件和受光元件不是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光，不能照射到受光元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，光经烟雾反射或散射照射到受光元件上，由此发出报警信号。
【典例1】 (多选)如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是( )
A．当温度升高时，双金属片下层的膨胀大于上层
B．常温下，电熨斗的上下触点是分离的
C．当温度过高时，双金属片向下弯曲
D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降
CD [平常温度低，双金属片膨胀几乎相同，上、下触点接触在一起，电热丝通电加热，双金属片温度升高，双金属片膨胀系数为上层大、下层小，温度升到一定时，双金属片向下弯曲使触点断开，故A、B错误，C正确；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，使双金属片稍向下弯曲，这时要使触点断开就要使双金属片向下弯曲程度要大一些，温度要更高一些，故D正确。]
[跟进训练]
1．(多选)电饭锅工作原理电路如下图所示。下列关于电饭锅工作原理的说法中，正确的有( )
A．必须手动按下开关按键后，电饭锅才能开始正常工作
B．插上电源插头后，电饭锅即正常工作，直至饭煮熟
C．感温铁氧体的作用是在锅内温度达到约103℃时失去磁性，再在弹簧的作用下使电路断开
D．通过如图所示电路即可实现加热和自动保温功能
AC [由于有弹性铜片的存在，必须手动按下开关按键，磁铁和感温铁氧体吸合后才能开始工作，故A正确，B错误；当温度升高到约103℃，软铁内分子热运动加剧，软铁无法被磁化，永久磁铁对其不再有吸力，电路断开，故C正确；通过题图所示电路只能实现加热和自动断开功能，没有保温功能，故D错误。]
2．如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图。罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是( )
A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报
C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
C [由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，光电三极管电阻变小，检测电路检测出这种变化，发出警报。]
考点2 简单的控制电路
【典例2】 为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制电路，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx)。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出Rp阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点____________________________________________。
(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗、照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下：
光敏电源E(电动势3V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干。
[解析] (1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图所示。
特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
(2)电路原理图如图所示。
控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1。
[答案] 见解析
[跟进训练]
3．如图所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小。电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接。则( )
A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下
B．当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下
C．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端
D．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、C端
B [当温度降低到某一数值时，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P的吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误；当温度升高到某一数值时，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下，故B正确；恒温箱内温度高到一定数值后，应与
电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，故C、D错误。]
4．如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触点开关，S为开关，J为电池。请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图；
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
[答案] (1)连接线路如图所示。
(2)按图连接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M工作。
1．如图为火灾报警器，在会议室、宾馆房间的天花板上均有安装。当有烟雾进入这种有孔的罩内时即会发出警报，则该报警器中装有的传感器是( )
A．光传感器 B．压力传感器
C．声音传感器D．温度传感器
A [火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，故B、C、D错误，A正确。]
2．(多选)某同学发现他居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他：过道灯是由声传感器和光传感器同时来控制的，其原理图如图所示，下列关于声传感器和光传感器的说法中正确的是( )
A．白天有光照时，光传感器自动闭合
B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合
C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合
D．无人走动或没有声音时，声传感器自动闭合
BC [白天有光照时，光传感器自动断开，故A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故B正确；有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合，故C正确；无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，故D错误。]
3．(多选)某一电熨斗的温控电路原理如图。1是温控螺丝，2是有弹性的金属片，4是绝缘块，5是加热电阻，6是电熨斗底板。图中3是一种传感器，当温度升高到某一数值时，温控螺丝1与金属片2断开，不再接触，从而切断电源。则下列说法正确的是( )
A．3可能是光敏电阻
B．3可能是双金属片
C．将1向下调，可提高熨斗的最高温度
D．将1向下调，可降低熨斗的最高温度
BC [电熨斗的温控是通过金属受热弯曲的原理来控制的，3是双金属片，不是光敏电阻，故A错误，B正确；由于弹性势能的大小与物体弹性形变的程度有关，故当调温旋钮将1向下调时，弹簧铜片的形变程度变大，弹性势能增大，这样可提高熨斗的最高温度。故C正确，D错误。故选BC。]
4．(多选)如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃。下列说法中正确的是( )
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起
ACD [常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮时，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的居里温度是103℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关就不会自动断开，饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。故A、C、D正确，B错误。]
回归本节知识，自我完成以下问题：
(1)电熨斗、电饭煲、火灾报警器分别用了什么传感器？
提示：电熨斗和电饭煲用的是温度传感器，火灾报警器用的是光传感器。
(2)自制简单的控制电路中，光控LED灯的工作原理是什么？
提示：有光照的情况下，光敏电阻的阻值小，基极与发射极间电压小，发光二极管不能导通；无光照时光敏电阻大，基极与发射极间电压大，发光二极管导通。
课时分层作业(十六) 传感器的应用举例 自制简单的控制电路
题组一 传感器的应用实例
1．如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求。其工作方式是( )
A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联
B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联
C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联
A [由题图可知，A、B是继电器线圈的接线柱，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压的变化而使继电器相吸或排斥，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，所以选项A正确。]
2．街道旁的路灯，江海里的航标灯都要求夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性D．三特性都利用了
B [由于此自动控制利用的是光线强弱的变化，利用半导体的光敏性，故选B。]
3．(多选)关于电饭锅的说法，正确的是( )
A．电饭锅中的温度传感器的主要元件是感温铁氧体
B．感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电
D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位
ABD [电饭锅中的温度传感器的主要元件是感温铁氧体，它由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成。其特点是常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103℃就失去铁磁性。水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至103℃时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，它不能自动复位，从而停止加热。]
4．(多选)传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法正确的是( )
A．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是光传感器的应用
B．非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是生物传感器
C．空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器
D．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断
ACD [办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是由于人体会发出红外线，当传感器探测到人体发出的红外线后，门会自动打开，是光传感器的应用，故A正确；利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现，是利用光传感器而制成的，故B错误；空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，这是因为空调机使用了温度传感器，故C正确；电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同，故D正确。故选ACD。]
5．(多选)如图所示，RT为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E、内阻为r，电压表为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )
A．热敏电阻温度升高，其他条件不变
B．热敏电阻温度降低，其他条件不变
C．光照增强，其他条件不变
D．光照减弱，其他条件不变
BD [电压表示数增大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于RT阻值减小或R1阻值增大，由热敏电阻和光敏电阻的特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、D正确，A、C错误。]
6．如图所示，双金属片上层金属的热膨胀系数________(选填“大于”“等于”或“小于”)下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀的形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路，随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路。调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离时的温度________(选填“升高”或“降低”)；上提弹性铜片，可________(选填“升高”或“降低”)触点的分离温度，从而实现了调温控制。
[解析] 双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀的形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路。调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离时的温度升高；上提弹性铜片，可降低触点的分离温度，从而实现了调温控制。
[答案] 大于 升高 降低
题组二 简单的控制电路
7．如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比( )
A．红灯亮，UR2变大 B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小D．红灯亮，UR2变小
D [当门打开时，R3受到红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，总电流I＝ER+r增大，R2两端电压UR2＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流减小，R3中电流增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁向下吸引，红灯亮，故A、B、C错误，D正确。]
8．某光敏电阻RT没有受到光照射(或光较暗)时，阻值较大，有光照射时，阻值较小。现利用该光敏电阻、低压电源和电磁继电器设计了自动控制电路，如图所示。下列说法正确的是( )
A．白天流过R1的电流小于晚上流过R1的电流
B．该控制电路用到了电磁感应现象
C．该电路能实现灯泡晚上亮、白天不亮的功能
D．继电器所在电路，电源的输出功率晚上比白天的大
C [题图中光敏电阻RT与R2串联后与R3并联，最后串联R1；白天光强，则光敏电阻的阻值小，则光敏电阻支路的电阻值小，电路中的总电阻也较小，所以电路中的总电流较大，则流过电阻R1的电流值也较大，故A错误；该控制电路利用了电流的磁效应，故B错误；白天流过R3的电流值小，则衔铁没有被吸引，照明电路断开；晚上流过R3的电流值大，则衔铁被吸引，照明电路接通，所以该控制电路能实现灯泡晚上亮、白天不亮的功能，故C正确；电源的输出功率随外电阻的变化图像如图所示，当内、外电阻相等时，电源输出功率最大，由于不知道内、外电阻的大小关系，所以不能判断输出功率的变化，故D错误。]
9．如图所示，图甲为热敏电阻的R-t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则：
甲 乙
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)。
(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω。
[解析] (1)当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高，故恒温箱内的加热器应该接在A、B端。
(2)要使恒温箱内的温度保持在50℃，即50℃时线圈内的电流为I＝20mA。由闭合电路欧姆定律得I＝ER+R'+r，式中r为继电器的电阻，解得R＋R′＋r＝450Ω。由题图甲可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω，所以R′＝450Ω－R－r＝260Ω。
[答案] (1)A、B端 (2)260
10．某同学通过实验制作一简易温控开关，实验原理图如图所示，当继电器电流超过10mA时，衔铁吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻与温度t的关系如下表所示。
(1)提供的实验器材有：
电源E1(3V，内阻不计)
电源E2(6V，内阻不计)
滑动变阻器R1(0～20Ω，内阻不计)
滑动变阻器R2(0～200Ω，内阻不计)
热敏电阻Rt
电阻箱(0～999.9Ω)
开关S，导线若干
为使该装置实现对30～80℃之间任意温度的控制，电源应选________(选填“E1”或“E2”)；滑动变阻器应选______(选填“R1”或“R2”)。
(2)欲使热敏电阻为40℃时衔铁吸合，下列操作步骤正确的顺序是________。
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用变阻箱替换热敏电阻，将变阻箱电阻调至145.4Ω
A．⑤④②③①B．③⑤④②①
C．①④⑤②③D．④⑤②③①
[解析] (1)为使该装置实现对30～80℃之间任意温度的控制，滑动变阻器的最大阻值必定大于热敏电阻阻值变化的最大差值，故R＞150Ω，那么，滑动变阻器应选用R2；
又有继电器电阻r＝20Ω，电路中的电流I＝Er+Rt+R，要使电路能实现任意温度的控制，那么，当热敏电阻最大时，10mA＜I≤Er+Rt，故E＞220Ω×10mA＝2.2V，
故选择电源电动势和2.2V较接近的电源，故选用电源E1。
(2)欲使热敏电阻为40℃时衔铁吸合，先将热敏电阻用与热敏电阻40℃时电阻的等值电阻箱替换，然后调节滑动变阻器使衔铁吸合，然后断开电路，换回热敏电阻即可；故操作步骤顺序为⑤④②③①。故选A。
[答案] (1)E1 R2 (2)A
11．在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：
(a)
(b)
(c)
(1)图(a)为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1＝2kΩ，R2＝1.5kΩ，R3＝4kΩ，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图(b)所示。当a、b两点电势φa<φb时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当φa≥φb时，电压鉴别器会使S断开，停止加热，则恒温箱内的稳定温度为________℃，恒温箱内的电热丝加热时Rt的取值范围为________。
(2)有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率PR随温度t变化的图像如图(c)所示。该加热器向周围散热的功率为PQ＝k(t－t0)，其中t为加热器的温度，t0为室温(本题中取20℃)，k＝0.1W/℃。
①当PR＝PQ时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为________℃；
②某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是________(填选项前的字母序号)。
A．20～24℃B．32～36℃
C．48～52℃D．60～64℃
[解析] (1)由题图(a)可知，当满足R1R3＝R2Rt时，即Rt＝3kΩ时，φa＝φb，此时由题图(b)可知温度为25℃，即恒温箱内的稳定温度为25℃；
恒温箱内的电热丝加热时，Rt的取值范围为Rt>3kΩ。
(2)①PQ＝k(t－t0)，PQ与温度t之间关系的图像如图中直线所示。
由图可知，当温度为70℃左右时，发热功率和散热功率相等，即此时物体的温度不再变化；
②发热和散热功率差值越大，升温越快。故选B。
[答案] (1)25 Rt>3kΩ (2)68～72均可 B
12．(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更________(选填“敏感”或“不敏感”)。
(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。
甲 乙
丙
(a)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
(b)将该小灯泡接入如图丙所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V。则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω。
[解析] (1)题图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略增大，而热敏电阻的阻值显著减小。所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更敏感。
(2)(a)为方便实验操作，滑动变阻器可以选A；小灯泡电阻较小，电流传感器应采用外接法，描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示。
(b)由题图甲可知，通过灯泡的电流是0.3A时，灯泡两端电压是2.3V，则灯泡功率P＝UI＝2.3V×0.3A＝0.69W；电源电动势是3V，过点(0.3A，2.3V)和纵轴上3V的点作一直线，该直线是电源的U-I图像，如图所示，根据闭合电路欧姆定律应有E＝U＋Ir，解得r≈2.33Ω。
[答案] (1)增强 敏感 (2)(a)A 电路如图所示
(b)0.69 2.33
学习任务
1．知道电熨斗、电饭锅、火灾报警器的工作原理。
2．能够利用所学知识制作简单的控制电路。
3．了解汽车中的相关传感器。
照度(lx)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻(kΩ)
75
40
28
23
20
18
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.7
知识点一 传感器的应用举例
1．温度传感器的应用——电熨斗
(1)工作特点：金属底板温度达到设定温度后不再升温，当底板温度降低到一定温度时又会继续加热，即底板总能保持在一定温度范围内。
(2)传感器内主要部件：热双金属片温度传感器、永磁铁和弹簧。
(3)温度调节：通过旋转测温旋钮的升降螺丝。
2．温度传感器的应用——电饭锅
(1)工作特点：煮饭时按下手动开关后自行完成烹煮过程。
(2)传感器内主要部件：感温铁氧体、永磁铁和弹簧。
(3)温度控制：感温铁氧体在温度达到103℃(居里点)时失去磁性，加热开关断开。
3．光传感器的应用——火灾报警器
(1)工作特点：当密闭空间出现火灾时报警。
(2)传感器分类：遮光型和散射型光传感器。
(3)工作原理：照射到受光元件上的光强发生变化时，破坏电路的正常状态而报警。
1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当调温旋钮下调时，电熨斗底板的温度较高。(√)
(2)电饭锅自动煮饭时煮的是稀饭。(×)
(3)火灾报警器的原理是发生火灾时环境的温度升高而触发报警。(×)
知识点二 自制简单的控制电器
1．光控LED灯：有光照的情况下，光敏电阻的阻值为几欧到几十欧，基极与发射极间电压小，发光二极管不能导通；无光照时光敏电阻阻值很大，基极与发射极间电压大，发光二极管导通。
2．温度报警器：接通电源后，常温下蜂鸣器不发声，当温度到达某一值时热敏电阻的阻值减小到某一值，可使蜂鸣器发出报警声。
2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当路灯自动控制电路做好后，不能随意调整路灯点亮、熄灭的起控点。(×)
(2)路灯自动控制电路中的敏感元件是光敏电阻。(√)
如图所示，在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上、下应变片的长度没变且相等，两应变片的电阻大小也相等。当给金属梁施加竖直向下的力时，应变片的阻值如何变化？
提示：当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小。
考点1 传感器的应用实例
1．温度传感器的应用——电熨斗
电熨斗的内部装有双金属片温度传感器，如图所示：
常温下，上下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。
2．温度传感器的应用——电饭锅
(1)结构：如图所示，它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的。它的特点是：常温下具有磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了磁性，不能被磁体吸引了。
(2)工作原理：电饭锅工作时，按下开关按钮，感温铁氧体与永磁体接触，两个接线螺钉通过触点相连，电路接通，开始工作，电饭锅内温度升高，当达到103℃时，感温铁氧体与永磁体分离，带动触点分离，电路断开，不再加热，电饭锅停止工作。
3．光传感器的应用——火灾报警器
(1)遮光型光电式烟雾报警器(图b)的发光元件和受光元件是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光照射到受光元件上，将其转换成电信号，使整个电路维持在正常状态，不发出警报。发生火灾时，烟雾通过罩孔进入检测室，光被烟雾粒子反射或散射，照射到受光元件上的光强明显减弱，破坏了电路的正常状态，由此发出报警信号。
(2)散射型光电式烟雾报警器(图c)中，发光元件和受光元件不是正对的。正常情况下，发光元件发出的光通过透镜聚焦成平行光，不能照射到受光元件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，光经烟雾反射或散射照射到受光元件上，由此发出报警信号。
【典例1】 (多选)如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是( )
A．当温度升高时，双金属片下层的膨胀大于上层
B．常温下，电熨斗的上下触点是分离的
C．当温度过高时，双金属片向下弯曲
D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降
CD [平常温度低，双金属片膨胀几乎相同，上、下触点接触在一起，电热丝通电加热，双金属片温度升高，双金属片膨胀系数为上层大、下层小，温度升到一定时，双金属片向下弯曲使触点断开，故A、B错误，C正确；需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，使双金属片稍向下弯曲，这时要使触点断开就要使双金属片向下弯曲程度要大一些，温度要更高一些，故D正确。]
[跟进训练]
1．(多选)电饭锅工作原理电路如下图所示。下列关于电饭锅工作原理的说法中，正确的有( )
A．必须手动按下开关按键后，电饭锅才能开始正常工作
B．插上电源插头后，电饭锅即正常工作，直至饭煮熟
C．感温铁氧体的作用是在锅内温度达到约103℃时失去磁性，再在弹簧的作用下使电路断开
D．通过如图所示电路即可实现加热和自动保温功能
AC [由于有弹性铜片的存在，必须手动按下开关按键，磁铁和感温铁氧体吸合后才能开始工作，故A正确，B错误；当温度升高到约103℃，软铁内分子热运动加剧，软铁无法被磁化，永久磁铁对其不再有吸力，电路断开，故C正确；通过题图所示电路只能实现加热和自动断开功能，没有保温功能，故D错误。]
2．如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图。罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是( )
A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报
C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
C [由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，光电三极管电阻变小，检测电路检测出这种变化，发出警报。]
考点2 简单的控制电路
【典例2】 为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制电路，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx)。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：
(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出Rp阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点____________________________________________。
(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗、照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下：
光敏电源E(电动势3V，内阻不计)；
定值电阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限选其中之一并在图中标出)；
开关S及导线若干。
[解析] (1)光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如图所示。
特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
(2)电路原理图如图所示。
控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20kΩ，两端电压为2V，电源电动势为3V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10kΩ，即选用R1。
[答案] 见解析
[跟进训练]
3．如图所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小。电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接。则( )
A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下
B．当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下
C．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端
D．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、C端
B [当温度降低到某一数值时，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P的吸引力减小，P将不会被吸下，故A错误；当温度升高到某一数值时，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下，故B正确；恒温箱内温度高到一定数值后，应与
电源断开停止加热，由以上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，故C、D错误。]
4．如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触点开关，S为开关，J为电池。请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图；
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
[答案] (1)连接线路如图所示。
(2)按图连接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M工作。
1．如图为火灾报警器，在会议室、宾馆房间的天花板上均有安装。当有烟雾进入这种有孔的罩内时即会发出警报，则该报警器中装有的传感器是( )
A．光传感器 B．压力传感器
C．声音传感器D．温度传感器
A [火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，故B、C、D错误，A正确。]
2．(多选)某同学发现他居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌灯就亮了；而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他：过道灯是由声传感器和光传感器同时来控制的，其原理图如图所示，下列关于声传感器和光传感器的说法中正确的是( )
A．白天有光照时，光传感器自动闭合
B．夜晚无光照时，光传感器自动闭合
C．有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合
D．无人走动或没有声音时，声传感器自动闭合
BC [白天有光照时，光传感器自动断开，故A错误；夜晚无光照时，光传感器自动闭合，故B正确；有人走动或发出声音时，声传感器自动闭合，故C正确；无人走动或没有声音时，声传感器自动断开，故D错误。]
3．(多选)某一电熨斗的温控电路原理如图。1是温控螺丝，2是有弹性的金属片，4是绝缘块，5是加热电阻，6是电熨斗底板。图中3是一种传感器，当温度升高到某一数值时，温控螺丝1与金属片2断开，不再接触，从而切断电源。则下列说法正确的是( )
A．3可能是光敏电阻
B．3可能是双金属片
C．将1向下调，可提高熨斗的最高温度
D．将1向下调，可降低熨斗的最高温度
BC [电熨斗的温控是通过金属受热弯曲的原理来控制的，3是双金属片，不是光敏电阻，故A错误，B正确；由于弹性势能的大小与物体弹性形变的程度有关，故当调温旋钮将1向下调时，弹簧铜片的形变程度变大，弹性势能增大，这样可提高熨斗的最高温度。故C正确，D错误。故选BC。]
4．(多选)如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃。下列说法中正确的是( )
A．常温下感温磁体具有较强的磁性
B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起
ACD [常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮时，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的居里温度是103℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关就不会自动断开，饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。故A、C、D正确，B错误。]
回归本节知识，自我完成以下问题：
(1)电熨斗、电饭煲、火灾报警器分别用了什么传感器？
提示：电熨斗和电饭煲用的是温度传感器，火灾报警器用的是光传感器。
(2)自制简单的控制电路中，光控LED灯的工作原理是什么？
提示：有光照的情况下，光敏电阻的阻值小，基极与发射极间电压小，发光二极管不能导通；无光照时光敏电阻大，基极与发射极间电压大，发光二极管导通。
课时分层作业(十六) 传感器的应用举例 自制简单的控制电路
题组一 传感器的应用实例
1．如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求。其工作方式是( )
A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联
B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联
C．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联
A [由题图可知，A、B是继电器线圈的接线柱，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压的变化而使继电器相吸或排斥，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，所以选项A正确。]
2．街道旁的路灯，江海里的航标灯都要求夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性D．三特性都利用了
B [由于此自动控制利用的是光线强弱的变化，利用半导体的光敏性，故选B。]
3．(多选)关于电饭锅的说法，正确的是( )
A．电饭锅中的温度传感器的主要元件是感温铁氧体
B．感温铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电
D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位
ABD [电饭锅中的温度传感器的主要元件是感温铁氧体，它由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成。其特点是常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103℃就失去铁磁性。水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至103℃时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，它不能自动复位，从而停止加热。]
4．(多选)传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法正确的是( )
A．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是光传感器的应用
B．非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是生物传感器
C．空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器
D．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断
ACD [办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是由于人体会发出红外线，当传感器探测到人体发出的红外线后，门会自动打开，是光传感器的应用，故A正确；利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现，是利用光传感器而制成的，故B错误；空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，这是因为空调机使用了温度传感器，故C正确；电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同，故D正确。故选ACD。]
5．(多选)如图所示，RT为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E、内阻为r，电压表为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )
A．热敏电阻温度升高，其他条件不变
B．热敏电阻温度降低，其他条件不变
C．光照增强，其他条件不变
D．光照减弱，其他条件不变
BD [电压表示数增大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于RT阻值减小或R1阻值增大，由热敏电阻和光敏电阻的特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、D正确，A、C错误。]
6．如图所示，双金属片上层金属的热膨胀系数________(选填“大于”“等于”或“小于”)下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀的形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路，随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路。调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离时的温度________(选填“升高”或“降低”)；上提弹性铜片，可________(选填“升高”或“降低”)触点的分离温度，从而实现了调温控制。
[解析] 双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀的形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路。调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离时的温度升高；上提弹性铜片，可降低触点的分离温度，从而实现了调温控制。
[答案] 大于 升高 降低
题组二 简单的控制电路
7．如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比( )
A．红灯亮，UR2变大 B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小D．红灯亮，UR2变小
D [当门打开时，R3受到红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，总电流I＝ER+r增大，R2两端电压UR2＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流减小，R3中电流增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁向下吸引，红灯亮，故A、B、C错误，D正确。]
8．某光敏电阻RT没有受到光照射(或光较暗)时，阻值较大，有光照射时，阻值较小。现利用该光敏电阻、低压电源和电磁继电器设计了自动控制电路，如图所示。下列说法正确的是( )
A．白天流过R1的电流小于晚上流过R1的电流
B．该控制电路用到了电磁感应现象
C．该电路能实现灯泡晚上亮、白天不亮的功能
D．继电器所在电路，电源的输出功率晚上比白天的大
C [题图中光敏电阻RT与R2串联后与R3并联，最后串联R1；白天光强，则光敏电阻的阻值小，则光敏电阻支路的电阻值小，电路中的总电阻也较小，所以电路中的总电流较大，则流过电阻R1的电流值也较大，故A错误；该控制电路利用了电流的磁效应，故B错误；白天流过R3的电流值小，则衔铁没有被吸引，照明电路断开；晚上流过R3的电流值大，则衔铁被吸引，照明电路接通，所以该控制电路能实现灯泡晚上亮、白天不亮的功能，故C正确；电源的输出功率随外电阻的变化图像如图所示，当内、外电阻相等时，电源输出功率最大，由于不知道内、外电阻的大小关系，所以不能判断输出功率的变化，故D错误。]
9．如图所示，图甲为热敏电阻的R-t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则：
甲 乙
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)。
(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω。
[解析] (1)当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高，故恒温箱内的加热器应该接在A、B端。
(2)要使恒温箱内的温度保持在50℃，即50℃时线圈内的电流为I＝20mA。由闭合电路欧姆定律得I＝ER+R'+r，式中r为继电器的电阻，解得R＋R′＋r＝450Ω。由题图甲可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω，所以R′＝450Ω－R－r＝260Ω。
[答案] (1)A、B端 (2)260
10．某同学通过实验制作一简易温控开关，实验原理图如图所示，当继电器电流超过10mA时，衔铁吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约为20Ω，热敏电阻与温度t的关系如下表所示。
(1)提供的实验器材有：
电源E1(3V，内阻不计)
电源E2(6V，内阻不计)
滑动变阻器R1(0～20Ω，内阻不计)
滑动变阻器R2(0～200Ω，内阻不计)
热敏电阻Rt
电阻箱(0～999.9Ω)
开关S，导线若干
为使该装置实现对30～80℃之间任意温度的控制，电源应选________(选填“E1”或“E2”)；滑动变阻器应选______(选填“R1”或“R2”)。
(2)欲使热敏电阻为40℃时衔铁吸合，下列操作步骤正确的顺序是________。
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用变阻箱替换热敏电阻，将变阻箱电阻调至145.4Ω
A．⑤④②③①B．③⑤④②①
C．①④⑤②③D．④⑤②③①
[解析] (1)为使该装置实现对30～80℃之间任意温度的控制，滑动变阻器的最大阻值必定大于热敏电阻阻值变化的最大差值，故R＞150Ω，那么，滑动变阻器应选用R2；
又有继电器电阻r＝20Ω，电路中的电流I＝Er+Rt+R，要使电路能实现任意温度的控制，那么，当热敏电阻最大时，10mA＜I≤Er+Rt，故E＞220Ω×10mA＝2.2V，
故选择电源电动势和2.2V较接近的电源，故选用电源E1。
(2)欲使热敏电阻为40℃时衔铁吸合，先将热敏电阻用与热敏电阻40℃时电阻的等值电阻箱替换，然后调节滑动变阻器使衔铁吸合，然后断开电路，换回热敏电阻即可；故操作步骤顺序为⑤④②③①。故选A。
[答案] (1)E1 R2 (2)A
11．在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：
(a)
(b)
(c)
(1)图(a)为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1＝2kΩ，R2＝1.5kΩ，R3＝4kΩ，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图(b)所示。当a、b两点电势φa<φb时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当φa≥φb时，电压鉴别器会使S断开，停止加热，则恒温箱内的稳定温度为________℃，恒温箱内的电热丝加热时Rt的取值范围为________。
(2)有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率PR随温度t变化的图像如图(c)所示。该加热器向周围散热的功率为PQ＝k(t－t0)，其中t为加热器的温度，t0为室温(本题中取20℃)，k＝0.1W/℃。
①当PR＝PQ时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为________℃；
②某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是________(填选项前的字母序号)。
A．20～24℃B．32～36℃
C．48～52℃D．60～64℃
[解析] (1)由题图(a)可知，当满足R1R3＝R2Rt时，即Rt＝3kΩ时，φa＝φb，此时由题图(b)可知温度为25℃，即恒温箱内的稳定温度为25℃；
恒温箱内的电热丝加热时，Rt的取值范围为Rt>3kΩ。
(2)①PQ＝k(t－t0)，PQ与温度t之间关系的图像如图中直线所示。
由图可知，当温度为70℃左右时，发热功率和散热功率相等，即此时物体的温度不再变化；
②发热和散热功率差值越大，升温越快。故选B。
[答案] (1)25 Rt>3kΩ (2)68～72均可 B
12．(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更________(选填“敏感”或“不敏感”)。
(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。
甲 乙
丙
(a)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
(b)将该小灯泡接入如图丙所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V。则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω。
[解析] (1)题图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略增大，而热敏电阻的阻值显著减小。所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更敏感。
(2)(a)为方便实验操作，滑动变阻器可以选A；小灯泡电阻较小，电流传感器应采用外接法，描绘小灯泡伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变阻器应采用分压接法，电路图如图所示。
(b)由题图甲可知，通过灯泡的电流是0.3A时，灯泡两端电压是2.3V，则灯泡功率P＝UI＝2.3V×0.3A＝0.69W；电源电动势是3V，过点(0.3A，2.3V)和纵轴上3V的点作一直线，该直线是电源的U-I图像，如图所示，根据闭合电路欧姆定律应有E＝U＋Ir，解得r≈2.33Ω。
[答案] (1)增强 敏感 (2)(a)A 电路如图所示
(b)0.69 2.33
学习任务
1．知道电熨斗、电饭锅、火灾报警器的工作原理。
2．能够利用所学知识制作简单的控制电路。
3．了解汽车中的相关传感器。
照度(lx)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻(kΩ)
75
40
28
23
20
18
t/℃
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
R/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.7
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